Наблюдение за движением молекул в живых клетках

Этот метод теперь представлен в Nature Communications.
Как отдельные биомолекулы перемещаются в живых клетках, тканях или организмах? Как взаимодействуют биомолекулы? На эти вопросы необходимо ответить, чтобы лучше понять процессы жизни на молекулярном уровне.

Флуоресцентная микроскопия STED позволяет отслеживать движения и взаимодействия биомолекул в живых образцах с высоким пространственным и временным разрешением. Для этого исследуемые структуры выборочно маркируются флуоресцентными красителями. Затем изменения со временем можно записывать на видео. Однако последовательность изображений довольно медленная, так что быстрые движения молекул не могут быть записаны напрямую.

Группа исследователей KIT вокруг профессора Герда Ульриха Нинхауса из Института прикладной физики (APH) и Центра функциональных наноструктур (CFN) теперь представляет новый метод измерения таких быстрых движений молекул в живых образцах в журнале Nature Communications.
Новый метод сочетает в себе два типа микроскопии. С помощью конфокального сканирующего микроскопа изображения флуоресценции записываются точка за точкой с фиксированными интервалами времени. Следовательно, изображения содержат неявную временную структуру.

Эта информация может быть использована с помощью корреляционной спектроскопии растровых изображений (RICS) для определения динамики биомолекул, таких как белки, в живых клетках или образцах тканей. Однако концентрации белка часто слишком высоки для применения RICS вместе с обычной микроскопией. По этой причине исследователи KIT объединили метод RICS с микроскопией STED (стимулированная эмиссионная обедненная микроскопия). При использовании STED световое пятно, сканирующее флуоресцентное изображение, может быть значительно уменьшено.

Этот метод уже успешно применялся для достижения максимального разрешения при визуализации клеток. Микроскоп STED — это флуоресцентный микроскоп, разрешение которого не ограничено пределом Аббе.
Объединив корреляционную спектроскопию растровых изображений с микроскопией STED, исследователи KIT теперь преуспели в количественной оценке динамики молекул в биологических структурах на основе записанных растровых изображений. «Это означает, что метод STED-RICS можно использовать для получения из любого флуоресцентного изображения карту с высоким разрешением, показывающую количество и подвижность отмеченных молекул в области, сканированной пятном», — объясняет Герд Ульрих Нинхаус.
Рабочая группа профессора Ниенхауса состоит из физиков, химиков и биологов.

Междисциплинарное сотрудничество необходимо для охвата всех аспектов при разработке новых микроскопических инструментов и методов для фундаментальных биофизических исследований. Когда рассматриваются заявки, к команде присоединяются другие исследователи KIT, которые делятся своими знаниями о молекулярных процессах. В случае метода STED-RICS команда работала вместе с учеными из Института токсикологии и генетики (ITG) и отдела клеточной биологии и биологии развития Зоологического института.

Метод STED-RICS открывает новые возможности измерения в науках о жизни. Основное применение — исследование динамики клеточных мембран.

В мембраны встроены многочисленные рецепторные белки. За счет взаимодействия с внешними молекулами лиганда, внешние сигналы передаются в клетку. С помощью STED-RICS исследователи теперь могут точно и количественно определять движения липидов и рецепторов. Понимание этих процессов имеет решающее значение для медицинских и фармацевтических исследований.

Многие фармацевтические субстанции основаны на влиянии на эти взаимодействия. «Примерно каждое второе лекарственное вещество влияет на передачу сигнала рецепторов, связанных с G-белком, что является важным подклассом», — объясняет профессор Ниенхаус.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *